(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属アマルガムを含むアノード、アルカリ金属イオン伝導性を有する固体電解質、及び融解アルカリ金属のカソードを用いた電気分解によりアルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を製造する方法であって、
大気圧下または大気圧よりわずかに大きな圧力下で攪拌装置を使用することにより、アノードであるアルカリ金属アマルガムに運動状態が付与されることを特徴とする、アルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を製造する方法。
【請求項２】
アルカリ金属がナトリウムであり、製造を３１０℃〜４００℃の温度範囲で行うことを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
アルカリ金属がカリウムであり、製造を２６０℃〜４００℃の温度範囲で行うことを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の製造方法。
【請求項４】
製造を２５０Ａ/ｍ2以上の電流密度で行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
アルカリ金属アマルガムをアルカリ金属塩化物の電気分解により得ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
固体電解質が、ナトリウムβ"−アルミナ、ナトリウムβ−アルミナ、ナトリウムβ/β"−アルミナ、カリウムβ"−アルミナ、カリウムβ−アルミナ、カリウムβ/β"−アルミナからなる群から選択したいずれかである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
アルカリ金属の製造を行うに先立って固体電解質を処理することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
（ｉ）塩素とアルカリ金属アマルガムを得るためにアルカリ金属の塩化物を電気分解する工程と、それに続く（ｉｉ）アルカリ金属を得るために請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法を実行する工程からなる、アルカリ金属塩化物からアルカリ金属と塩素を組織的に製造する方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の方法を実施するための電気分解セルであって、一端を閉鎖した管状の固体電解質（１／３１）を同心円状のステンレス鋼管（３３）の内部に環状の隙間を形成するように配置した電気分解セル。
【請求項１０】
同心円状のステンレス鋼管の内径と管状の固体電解質の外径を、幅が１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である環状の隙間を形成するように互いに適合させたことを特徴とする請求項９に記載の電気分解セル。
【請求項１１】
環状の隙間を通過する流速を０．０３ｍ/ｓ〜１．０ｍ/ｓの範囲にすることを特徴とする、請求項９または１０に記載の電気分解セルを用いた請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
アルカリ金属アマルガムを含むアノード、アルカリ金属イオン伝導性を有する固体電解質、及び融解アルカリ金属のカソードを用いた電気分解によりアルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を製造する方法であって、
アノードであるアルカリ金属アマルガムの全体に、速度が少なくとも０．０３ｍ／ｓの運動状態が付与されることを特徴とする、アルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を電気化学的に製造するにあたっての改良方法に関するものである。本発明に関する限り、“アルカリ金属”という語はナトリウム及びカリウムを意味するものとする。
【０００２】
本発明はまた、本発明の改良方法を実行するのに適した電気分解セル及び製造プラントの設計方針に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ナトリウムは重要な基本的無機製品であり、例えばナトリウムアミド、ナトリウムアルコキシドやホウ水素化ナトリウムの製造に用いられる。ナトリウムは工業的には塩化ナトリウムの融解塩電解であるダウンズ法によって製造される。この方法は、ナトリウム１kgを製造するのに１０ｋWh以上にもなる多くのエネルギーを消費する（非特許文献１：Buchner et al., Industrielle Anorganische Chemie, 2nd edition, Verlag Chemie, 228ページ以降参照）。この方法は、また、電気分解セルの電源を切ったときにそれまで融解していた塩が凝固して電気分解セルを破壊してしまうという深刻な問題点も有している。その上、ダウンズ法によって製造されるナトリウムは製法の関係で必然的にカルシウムを含み、以後の精製段階で残留カルシウムを減らすことはできても完全に取り除くことはできないという問題点も有している。
【０００４】
カリウムはナトリウムと同様に重要な基本的無機製品であり、例えばカリウムアルコキシドやカリウムアミド、カリウム合金の製造に用いられる。今日では、カリウムは工業的には主に塩化カリウムのナトリウムによる還元によって製造される。この製造法ではまずNaK合金を合成し、続いて分別蒸留する。反応域から連続的にカリウム蒸気を回収すると、平衡がカリウム側に移動するため、カリウムの収率がよくなる（非特許文献２：Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6thedition 1998, Electronic Release 参照）。問題点は、製造が高温（８７０℃）で行われる点である。さらに、製造されたカリウムは約１％のナトリウムを含み、そのためさらに蒸留して精製する必要がある。もっとも大きな問題点は使用されるナトリウムが高価である点である。高価であるのは、とりわけ、ナトリウムが工業的には塩化ナトリウムの融解塩電解であるダウンズ法により製造されており、ダウンズ法はナトリウム１kgあたり少なくとも１０ｋWhのエネルギーを消費するという理由によっている。このエネルギー消費量は、（収率を１００％としても）カリウム１ｋｇあたり約５．３ｋWhのエネルギー消費量に対応する。
【０００５】
ナトリウムアマルガムとカリウムアマルガムはアマルガム法によるアルカリ金属塩化物の電気分解において大量に生じる中間生成物であり、通常は生成後すぐにアルカリ金属の水酸化物の溶液を得るために水との反応に供される。アルカリ金属を一部失ったあるいはアルカリ金属フリーとなったアマルガムは、通常は直接アルカリ金属塩化物の電気分解に再利用される。ナトリウムアマルガムを液相に保つためには、ナトリウム濃度を1質量％以下、好ましくは０．２〜０．５質量％の範囲に保たなければならない。カリウムアマルガムを液相に保つためには、カリウム濃度を１．５質量％以下、好ましくは０．３〜０．６質量％の範囲に保たなければならない。工業的規模で製造されたアマルガムは本質的に１〜３０ppmの濃度範囲の金属不純物、例えば銅、鉄、ナトリウムアマルガムの場合にはカリウム、カリウムアマルガムの場合にはナトリウム、鉛や亜鉛、を含む。
【０００６】
特許文献１（ＧＢ1,155,927）は、カソードとしてのナトリウム、アノードとしてのアマルガムとβ−アルミナのような固体のナトリウムイオン伝導体を用いて電気化学的手法によってナトリウムアマルガムからナトリウムを得る製法を開示している。しかしながら、特許文献１（ＧＢ1,155,927）に開示されている方法を実行しても、ナトリウムの転換効率や生成物の純度及び電流密度に関しては、明細書に記載されている結果を得ることはできない。そのうえ、特許文献１（ＧＢ1,155,927）に開示されている製造系統は請求項に記載されている温度範囲を維持して数日間運転を続けると不安定な動きを示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＧＢ1,155,927
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Buchner et al., Industrielle Anorganische Chemie, 2nd edition, Verlag Chemie, 228ページ以降
【非特許文献２】Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6thedition 1998, Electronic Release
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ナトリウムの製造においてはダウンズ法における消費エネルギーよりも少ないエネルギーで製造することを可能にし、カリウムの製造においては上述した工業的製法における消費エネルギーよりも少ないエネルギーで製造することを可能にする、アルカリ金属のアマルガムからアルカリ金属を電気化学的に製造する改良方法を提供することである。この目的のためには、ＧＢ1,155,927に記載されている製法は、現在のアマルガム法によるアルカリ金属塩化物の電気分解系統に組み込むことができ、かつ、ＧＢ1,155,927に記載されている方法を実行した場合に認められる問題点を回避することができるような新しい製法に決定的に改良しなければならない。
【００１０】
新製法は以下に示す本質的な要求を満たす必要がある。
【００１１】
アノード側のアルカリ金属の転換効率は、アルカリ金属塩化物の電気分解と関係している製造物とのバランスの要請を満たさなければならない。すなわち、アルカリ金属塩化物の電気分解から得られるアマルガムに含まれるアルカリ金属の排出濃度が本発明のアルカリ金属電気分解におけるアマルガムに含まれるアルカリ金属の供給濃度に等しくなければならない。その上、アルカリ金属塩化物の電気分解と本発明のアルカリ金属電気分解の間を循環するアマルガムの量を技術的にも経済的にも容認される規模の範囲に保つ必要がある。一般的には、この要請は、供給アマルガムに含まれるアルカリ金属量のうちの５０％をアルカリ金属電気分解でアルカリ金属に転換することで満たされる。ナトリウム金属は、以後の水銀を除く工程を必要とせず、かつダウンズ法に見られるカルシウムの混入の問題を避けることができるような純度で直接に製造されるのが望ましい。カリウム金属は以後の水銀を除く工程を必要とせず、かつナトリウムによる還元で直接的に得られるカリウムに含まれるナトリウム含量（１％）よりも少ない量のナトリウムを含むような純度で直接的に製造されるのが望ましい。製法は工業的規模で行うことができるものが望ましく、従って可能な限り十分大きな電流密度及び空時収量を得ることができるものが望ましい。製造工場の物理的構造、安全性、環境保護、運営資金の点からは、比較的少ない水銀量でどうにか済ませたいという装置上の概念が要求される。製造方法は長時間安定に行うことができるものである必要があり、また工業的に得られるアルカリ金属アマルガム中に存在する通常の金属不純物に耐えられるものでなければならない。本発明に関する限り、“アルカリ金属アマルガム”の語は、室温でも液体である水銀にアルカリ金属が溶け込んだ固溶体を意味するものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者等は、上記の目的は本発明の製法により達成できることを発見した。すなわち、本発明は、アルカリ金属アマルガムを含むアノード、アルカリイオン伝導性を有する固体電解質、及び融解アルカリ金属のカソードを用いた電気分解によりアルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を製造する方法であって、大気圧下または大気圧よりわずかに大きな圧力下で攪拌することにより、アノードであるアルカリ金属アマルガムに運動状態が付与されることを特徴とする、アルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を製造する方法を提供する。
【００１３】
本発明の製法において、アノードはアルカリ金属だけがアノードでアルカリ金属イオンに酸化される電圧に保持され、生成したイオンは一定の電場の下で固体電解質を通って移動し、最終的にはカソードで還元され、アルカリ金属となる。
【００１４】
それに加えて、本発明は、一端を閉鎖した管状の固体電解質（１／３１）を同心円状のステンレス鋼管（３３）の内部に環状の隙間を形成するように配置した構造をもつ、特に適した電気分解セルを提供する。本発明の製法は、上記の電気分解セルを用いて工業的規模で特に好ましく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＧＢ1,155,927に開示されている電気分解セル（比較用セル）の略図である。
【図２】本発明の製法を実行するのに用いることができる攪拌子を内蔵した電気分解セルの略図である。
【図３】一端を閉じた管状の固体電解質（１／３１）を同心円状のステンレス鋼管（３３）の内部に配置した構成の本発明による電気分解セルの略図である。
【図４】内部に本発明の電気分解セルを配置した、連続運転用に設計された装置の略図である。
【図５】本発明の実施に供される固体電解質の好ましい横断面の形状を示した略図である。
【図６】アルカリ金属の塩化物の電気分解工程と本発明の電気分解工程を組み合わせて塩素とアルカリ金属とを生産する組織的な工程を示した略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の製法は、運動状態を付与した（運動状態を維持した）液体のアルカリ金属アマルガムをアノードとした電気分解セルを用いて実行する。液体のアノードはアルカリ金属の製造中ずっと運動状態を維持し、製造の過程でアノードはアルカリ金属を失う。アルカリ金属を失ったアマルガムは、アルカリ金属塩化物の製造における通常のアマルガムセル内から得られるか、またはHgまたはアマルガムをカソードとしたNaOHやKOHのようなナトリウムまたはカリウム塩の電気分解によって得られる、より高濃度のアルカリ金属を含むアマルガムによって交換される。
【００１７】
アマルガムの交換は、液体のアルカリ金属アマルガムは問題なく移送できるため、技術的に簡単な方法によって行うことができる。一般的には、通常のアマルガムセル出口の飽和アマルガムを本発明の製法における動作温度まで熱交換器内で過熱し、運動を維持している熱い液体のアノードに送り込む。上記の交換は、向流熱交換器内で、本発明の製法において生じる熱いアルカリ金属を失ったアマルガムによって供給されるアマルガムを暖めるようにすると好ましく行うことができる。
【００１８】
アルカリ金属を失ったアマルガムの交換は、断続的にも連続的にも行うことができる。断続的な手法の方が１バッチあたりの転換効率の点ではアルカリ金属の濃度が大きくなる。しかしながら、連続的な手法の方が製造を行うのが簡単である。流入してくる濃縮物が循環しているアルカリ金属を失ったアマルガムで一般的に薄められてしまうという問題は、多段階で製造を行うことで償うことができる。
【００１９】
液体のアノードは、大気圧または大気圧よりわずかに大きな圧力下で攪拌またはポンプによる循環あるいはこれらの双方によって運動状態を付与（維持）するのが好ましい。転換効率に関係するアマルガムの交換や熱的対流による運動は本発明の製法において必要とされる運動に比較すると無視できるほどのものであり、好ましい電流密度を得るには不十分である。
【００２０】
ＧＢ1,155,927に開示されている液体のアノードの運動状態を維持することなく製造を行うと、わずかに４０〜７０A/m2の電流密度しか得られない。セル電圧を上げると電流密度を上げることはできるものの、電流密度が増加するにつれてセル抵抗も増加するため、非論理的に過ぎない。アノードの運動状態を維持すると、驚くことに、２５０〜３０００A/m2の電流密度が適当なセル電圧、即ち、ナトリウムアマルガムについては０．９〜１．６Vの範囲のセル電圧、カリウムアマルガムについては０．９５〜２．１Vの範囲のセル電圧、の下で得られる。アノードの運動状態を維持するのは、例えばアマルガム中に気泡を通す方法、機械的な攪拌子による方法またはポンプによる方法のような攪拌措置により行うことができる。好ましくは、例えばポンプによってアマルガムを循環させるような強制的な流れの運動を起こさせるのが良い。
【００２１】
アノード側の電流供給は、反応条件下でも安定である電気分解セルのステンレス鋼のハウジングを通して行うのがよい。アノード側は、適当な方法でカソード側と電気的に絶縁する。
【００２２】
カソードはアノードの反応過程を安定に行うのに必要な温度下で融解するアルカリ金属からなる。電気分解セルを組み立てるときに、アルカリ金属をカソード領域に固体の集まりの形で導入するのが好ましい。アルカリ金属は、その後電気分解の始めに融解させる。しかしながら、アルカリ金属はまた、電気分解の始めに液体の形でカソード領域に導入してもよい。本発明の製法において製造されるアルカリ金属は、技術的に簡単な方法、すなわち、アルカリ金属側の圧力がアマルガム側の圧力より大きくなるようにアルカリ金属の流れを制限し、過剰のアルカリ金属をカソード領域から溢れ出させるという方法で排出する。この方法はアルカリ金属生成物が微細孔や他の漏れ部分を通して水銀で汚染される可能性を抑制する。本発明の製法においては、カソードの圧力はアノードの圧力より０．１×１０5〜５×１０5Pa、好ましくは０．１×１０5〜５×１０5Paだけ大きいのが望ましい。
【００２３】
カソードへの電流供給は、存在するアルカリ金属自体と出口管または接続フランジを通して行うのが好ましい。
【００２４】
アノード領域とカソード領域は互いにヘリウム不透過性のアルカリ金属イオン伝導体である固体電解質で分離する。ナトリウムの製造における適切な固体電解質としては、ナシコン（登録商標）（化学組成はEP-A 0553400参照）のようなセラミック材料がある。ナトリウムイオン伝導性を持つガラス材料、ゼオライトや長石もまた適している。カリウムの製造においてもナトリウムの場合と同様に多くの適切な材料がある。セラミックス及びガラスの双方ともが使用可能である。適切な材料の例としては、KBiO3（T.N. Nguyen et al, Chem. Mater. 1993, 5,1273-1276参照）、酸化ガリウム-酸化チタン-酸化カリウム系（S. Yosikado etal., Solid State Ionics 1992, 53-56, 754-762参照）、酸化アルミニウム-酸化チタン-酸化カリウム系及びカシコンガラス（M. Lejeune et al., J Non-Cryst. Solids 1982, 51, 273-276参照）がある。
【００２５】
しかしながら、ナトリウムβ"−アルミナ、ナトリウムβ−アルミナ、ナトリウムβ/β"−アルミナ、カリウムβ"−アルミナ、カリウムβ−アルミナ、カリウムβ/β"−アルミナが好ましい。カリウムβ"−アルミナ、カリウムβ−アルミナ、カリウムβ/β"−アルミナはそれぞれナトリウムβ"−アルミナ、ナトリウムβ−アルミナ、ナトリウムβ/β"−アルミナのカチオン交換によって得られる。固体電解質は肉薄でありながら耐圧性のある管状のものであって、一端を閉鎖し（EP-B 0424673参照）、他の開いている一端には、ヘリウム不透過性であって電気絶縁性もあるガラスはんだで、電気絶縁性のある環を接続する（GB 2207545、 EP-B 0452785参照）形状にするのが好ましい。アルカリ金属イオン伝導体である固体電解質の肉厚は、０．３〜５mm、好ましくは１〜３mmの範囲であり、１〜２mmの範囲が特に好ましい。一端を閉じた管の横断面の形状は好ましい形態においては環状であるが、さらに他の形態においては、表面積を大きくした横断面の形状であって、例えば図５に示したような多くの環状の領域を組み合わせた形状を採用してもよい。アルカリ金属イオン伝導体である固体電解質の気密性は本発明の製法に重大な影響を及ぼす。なぜなら、本発明の製法では水銀イオンの形成を排除すべくアノード電圧を設定しているため、固体電解質あるいはシール部分の漏れからしか水銀がナトリウム生産物の中に混入しないからである。一般的には、ヘリウム透過試験において、検出限界内でヘリウム不透過性であるとされる値である漏れ速度が１×１０-7Pa・l・s-1より少ない値を示す固体電解質を用いる。
【００２６】
その上、アルカリ金属及びアマルガムのそれぞれを周囲の雰囲気から遮断するためには、使い捨ての気密性のシール材を用いるのが好ましい。しかし、アルカリ金属とアマルガムの間の密閉には使い捨ての気密性のシール材を用いるのを避けたほうがよい。なぜなら使い捨ての気密性のシール材では液体が漏れることはないが、一般には気体は漏れるからである。そうしないと、水銀の蒸気が使い捨ての気密性のシール材を通して拡散し、アルカリ金属に混入してしまうことになる。好ましい形態においては、使用される使い捨ての気密性のシール材は平坦なシール材で、例えば非強化型のグラフィフレックス（登録商標）のようなグラファイトのものが望ましい。好ましい形態においては、シール材を通しての酸素の拡散を防ぐために、アルゴンや窒素のような不活性ガスをシール材の周りに流すのがよい。ヘリウム不透過性の電解質及び上記のシール構成をとることにより、得られるアルカリ金属中の水銀残量を０．０５〜０．３ppmに抑えることができる。
【００２７】
アルカリ金属イオン伝導体である固体電解質をはじめて使用するときに、しばしば固体電解質のセラミック抵抗が大きくて以後の動作を通じても変化がないという現象が認められる。固体電解質の抵抗は、使用可能な値の３０倍以上の大きさであることがある。この現象はおそらく表面の反応性が乏しいことによるものと思われる。表面変化は周囲の雰囲気中に含まれる水の影響によるものと思われる。表面の変化は特にセラミック管を保管中または組み立て中におこる。このため、セラミック管は焼成後、耐拡散性のアルミニウム／プラスチック混合物の箔で真空パックしておくのが望ましい。保管するにあたっては、もとの容器に入った状態のセラミック管を密閉性の高いアルゴンを充満させた金属の容器中に保管する。
【００２８】
セラミック抵抗はセラミック管を前処理することによっても下げることができる。
【００２９】
例えば電気分解セルを最初に逆の極性で運転する、すなわち最初はアノードをカソードとして運転する操作をすれば、セラミック抵抗を十分に低くすることができる。この場合に、通常の運転ではアノードであるカソードはナトリウムアマルガムと水銀とからなる。逆の極性の状態で１〜４４時間、好ましくは２〜６時間運転すると、電流密度はナトリウムの場合には５０Ａ/ｍ2から３０００Ａ/ｍ2に、カリウムの場合には３０Ａ/ｍ2から１０００A/ｍ2に直線的に増加する。前処理の過程で最もセラミック抵抗が小さくなるのは、ナトリウムの場合には３００℃〜３５０℃、カリウムの場合には２５０℃〜３５０℃の動作温度下で、最初に１〜２４時間融解アルカリ金属をアノードとし、その後アマルガムをアノードにしたときである。この前処理法は特に好ましい。
【００３０】
本発明の製法を実施するにあたって、アルカリ金属イオンの伝導体であるセラミック管に対する水蒸気の反応も保存中と同様にぜひとも避けなければならない。一般的には痕跡量の水を含んでいるアマルガムを暖め、水蒸気を除去し、その後、液体のアノードに水を含まないアマルガム／水銀混合物を送り込むことで水蒸気の反応を防止できる。不活性ガスでストリップするかまたは大気圧に近い圧力にすることにより効率よく水蒸気を除去することができる。
【００３１】
反応温度をＧＢ1,155,927に開示されている温度範囲、すなわち水銀の沸点を考慮すると安全圏内の温度である２５０℃〜３００℃に保つと、一定のセル電圧のもとで１〜５日間運転するうちに、ナトリウムの場合には初期安定電流密度が１０００〜３０００A/ｍ2であったものが１００〜３００A/ｍ2に、カリウムの場合には初期安定電流密度が５００〜１０００A/ｍ2であったものが５０〜７０ A/ｍ2へと減少する現象が認められる。セル電圧を増やすと、電流の増加は微々たるものである上に、さらに２〜５日の運転を続けるとアルカリ金属イオンの伝導体であるセラミックの固体電解質が破壊される。運動を維持しているアルカリ金属アマルガム及び水銀からなる液体アノードの流量を増加させると、思いがけなく電流密度はさらに大きく降下する。
【００３２】
驚くことに、１〜５日間の誘導時間のあとに起るこれらの制限的な結果は、反応温度をナトリウムの場合には３１０℃〜４００℃、好ましくは３１０℃〜３２５℃の範囲に、カリウムの場合には２６０℃〜４００℃、好ましくは２６５℃〜２８０℃の範囲に保つと認められない。アマルガム−水銀系においては、大気圧下における４００℃という温度は、水銀の沸点、すなわち３５７℃以上の温度である。水銀蒸気の好ましくない飛散は、適当な還流冷却機を用いるかあるいは大気圧を超える圧力下で運転することにより除くことができる。
【００３３】
電流密度は一般的には２５０A/ｍ2以上であるが、ナトリウムの場合には好ましくは０．５〜１０ｋA/ｍ2、より好ましくは１．０〜３ｋA/ｍ2の範囲であり、カリウムの場合には好ましくは０．３〜３ｋA/ｍ2、より好ましくは０．５〜１．５ｋA/ｍ2の範囲である。電流密度は外部電源、一般的には主整流器、で目標値に設定される。
【００３４】
特別な実施の形態においては、本発明の電気分解セルは、別の主整流器を設ける必要をなくすために、アマルガムを製造する塩素セルの電源に組織的に接続される（図６参照）。
【００３５】
従って、本発明は上述したようにアマルガムがアルカリ金属の塩化物の電気分解から生じる製法を提供する。
【００３６】
好ましい実施の形態においては、アルカリ金属イオン伝導体であるセラミックは一端を閉鎖した管状とし、これをより大きい外管の内部空間に同心円状に配置する。外管は不浸透性でありかつ熱いアマルガムに対して耐久性のある材料から成る。特に好ましい材料としてはステンレス鋼及びグラファイトがある。液体のアノードはセラミック管と外管の環状の隙間を縦方向に流れる。環状の隙間の幅は１〜１０mmの範囲がよく、好ましくは２〜５mm、特に好ましくは２．５〜３mmの範囲がよい。流速は０．０３〜１．０m/sの範囲であり、好ましくは ０．０５〜０．６m/sの範囲、特に好ましくは０．１〜０．３m/sの範囲である。より速い流速にすると一般により大きな電流密度が得られる。環状の隙間にアノードを形成することのさらなる利点としては、アノードの表面積に対するアノードの体積の割合が比較的小さくて済むという点がある。この点は、装置を適度な重さにし、適当な水銀循環系を構成することを可能とする。
【００３７】
セル電圧は、基本的には２つの独立の寄与、すなわちアルカリ金属−アルカリ金属アマルガム系の電気化学的な酸化還元電位と固体電解質であるセラミックの電気抵抗によるオーミックな電圧降下、からなる。従ってセル電圧は電流密度の関数となる。電気化学的な酸化還元電位は無電流状態で測定される。その値は液体アノードに含まれるアルカリ金属の濃度の関数となる。例えば、アルカリ金属濃度が０．４質量％のときは、セル電圧は、無電流状態で、ナトリウムの場合は０．８２V、カリウムの場合には１．０１Vとなる。ナトリウムの場合には、例えば電流密度が３０００A/ｍ2のときは１．９Vのセル電圧となる。カリウムの場合には、例えば電流密度が１０００A/ｍ2のときは２．０１Vのセル電圧となる。
【００３８】
電気化学系列で貴側にある金属不純物が動いているアノードで酸化されるようなアノード電位となることがないように、セル電圧をモニターして制限する。セル電圧の値は運動を維持している液体のアノードからセラミックスの表面への物質移動の指標となり得、それゆえ一般的にモニターする。物質移動限界はアノードのアルカリ金属の濃度が非常に小さいときか、または/及び流量が不十分であるときか、または/及び電流密度が非常に大きいときに現れる。
【００３９】
物質移動限界領域での製造、すなわち非常に大きいセル電圧下での製造は短時間しか行うことができない。というのは何日間も物質移動限界領域での製造を行うと、セラミックスに不可逆的なダメージ、すなわち伝導性がなくなるとかクラックが形成されるため機械的にもろくなるといったダメージが起るからである。好ましい運転方法としては、１〜２４時間の間隔ごとに１〜１０分間だけ、アノードとカソードの間を外部抵抗を通じて短絡させることにより電流の極性を変える方法がある。外部抵抗の値は、極性を変えた際の電流が製造運転中の電流の１．５倍になるように計算で求める。本発明の製法において、得られるアルカリ金属の収率は、アノードで変換されるアルカリ金属に基づくと１００％である。得られるアルカリ金属の電流効率は、通常の極性による運転の場合には、測定精度の範囲内で１００％である。断続的に極性を変換する条件の運転によると平均的な電流効率は９５−９８％に減少する。
【００４０】
好ましい実施の形態において、流入してきたアマルガムをアノードとして使用した後は、アルカリ金属濃度は０．４質量％から０．１質量％まで減少する。アルカリ金属の電気分解と組み合わせた場合には、使用済みのアマルガムが一端アルカリ金属の塩化物のセルに戻り、さらに再度アマルガム循環系を通ってアノード領域に戻ってくるので、転換されなかったアルカリ金属が失われることはない。それゆえ、本発明はまた、上述したように、（ｉ）塩素とアルカリ金属アマルガムを得るためにアルカリ金属の塩化物を電気分解する工程と、それに続く（ｉｉ）アルカリ金属を得るために上述した製造方法を実行する工程からなるアルカリ金属の塩化物からアルカリ金属と塩素を作る製法を提供する。
【００４１】
本発明の実施例を以下に示す。比較例１と実施例１〜３はナトリウムアマルガムからナトリウムを製造する場合の例であり、比較例2と実施例４〜６はカリウムアマルガムからカリウムを製造する場合の例である。
【実施例】
【００４２】
［比較例1］
装置（図１）
図１に示したセルはGB1155927に開示されているものと同じであり、内部には、肉厚がGB1155927に記載されているのは５mmであるがその替わりに１．７mmとしたナトリウムβ''−アルミナの一端を閉鎖した管（１）（内径３２mm、長さ２１０mm）を配置した。開いている他の一端には、α−アルミナのリング（２）をヘリウムに対する気密性が保たれるようにガラスはんだで接続した。このリングにより、ナトリウムイオン伝導体であるナトリウムβ''−アルミナ管を、円柱状のステンレス鋼の容器（３）（内径約５５mm、長さ約２５０mm、オーステナイトのステンレス鋼１．４５７１製）内に、開いている端面を上に向けて配置し、密閉した。この目的のため、ハウジングフランジ（６）とカバーフランジ（７）の間に、α−アルミナの環の上部（５）と下部（４）を平坦なシール材でしっかりと保持し、３つのボルト（８）で閉め込んだ。
【００４３】
アノードの電極リード（９）はステンレス鋼の容器に取り付けた。アマルガムの導入用に容器の上部側面にパイプ片（１０）を溶接し、アマルガムの出口用に容器の底部側面にパイプ片(１１)を溶接した。カソードの電極リードであるステンレス鋼管（13）をカバーフランジからナトリウムβ''−アルミナ管の開口部に突き出して配置した。同じ管(１３)をカバーフランジ内に通し、さらに融解ナトリウムの流出用として管の上部側面にドリルで穴を開けた。装置をヒーティングテープ（１４）で巻き、さらに断熱した(１５)。
【００４４】
アノードは、ナトリウムイオン伝導体である固体電解質管の外壁とハウジングの間に満たしたナトリウムアマルガム（１６）を用いた。カソードは、ナトリウムイオン伝導体である固体電解質管の内部に満たした融解ナトリウム(１７)を用いた。生成した融解ナトリウムは、反応圧力下で加熱されている出口パイプを通して一部にパラフィン油(２２)が入っているアルゴン(２１)充填容器（２０）中に排出させ、パラフィン油（２２）内で小球(２３)状に凝固させるようにした。
【００４５】
実験方法市販のナトリウムβ''−アルミナ管を真空パックから取り出した後、実験室の雰囲気下で１時間以内にすばやくセル中に配置した。設置の過程で、６０gのナトリウム金属をセラミック管の中に詰め込んだ。その後、セルの双方の室(カソード領域とアノード領域)にアルゴンを流し、セルを密閉した。アノード領域をナトリウム濃度０．４質量％のアマルガム１５kgで満たした。その後セルを２０℃/ｈの加熱速度で２５５℃まで加熱した。無電流状態で、セル電圧を０．８２Ｖに設定した。ＤＣグリッド装置の出力電圧を２Ｖに制限し、電流回路をセルで閉じた。１６５分間の実験の間を通して、０．８Ａ〜１Ａの電流が認められた。アノードの表面積２００cm2における電流１Aは電流密度５０A/m2に相当するが、この製法を工業的に利用するには不十分な値である。実験の間中、ナトリウムの排出は認められなかったが、これは生成したナトリウムが完全にセラミック管及び排出管を満たすには不十分だったからである。測定精度の限界内で、アマルガム中のナトリウム濃度の減少は検出できなかった。
【実施例１】
【００４６】
装置比較例1に示した実験装置の容器の底部に攪拌子（1８）（長さ３８mm、直径８mm）をさらに設置した（図２）。攪拌子を一般的な実験室の磁気攪拌機を用いて回転させた。アマルガムの密度が大変大きいため（密度13.6g/cm3）、攪拌子が浮くが、これを防ぐために特別な部品を用いた。この目的のため、電気分解セルの底部で攪拌子をピンと軸受けで押さえた。攪拌子の回転速度は最大１００回・分-1とした。
【００４７】
実験手順は、アノードの攪拌を除いて比較例１と同様とした。それに加えて、実験の始動時には、極性を逆、すなわちアマルガムが入っている外部の室をカソードにし、融解ナトリウムが入っているセラミックの内部の室をアノードとして運転した。２５分間を要して電流を一端５Aから３０Aに５A毎に増やした。電流を増やした際の電圧は次に示したとおりであった。すなわち、０．８V/０．０A；−０．２V/５A；０．１V/１０A；０．０V/１５A；−０．１V/２０A；−０．２V/２５A；−０．５V/３０Aであった。実験はアノードの攪拌を除いて比較例と同様に行った。１２０分の実験時間を通じて、平均２５A（初期には３０A、反応の終期には２０A）の電流に保った。セル電圧は最大２Vに制限した。電源を切ったあとで、０．８８Vのセル電圧が測定された。アノードの表面積２００cm2における電流２５Aは電流密度１２５０A/m2に相当するが、この製法を工業的に利用するには十分な値である。実験の間中、融解ナトリウムが排出され、パラフィン油を満たしたアルゴン充満容器の中に滴り落ちていた。小球として凝固したナトリウムをエタノールに溶かし、他の金属（Al，Bi，Ca，Cd，Co，Cr，Cu，Fe，Li，Mg，Mn，Mo，Ni，Pb，Sb，Sn，Ti，V，Zn，Zr，Hg，K）を原子吸光分析で検出限界１ppm、Hgに関しては０．１ppm、の範囲まで分析した。金属不純物として、Hgが０．３ppm、Kが５０ppmのみが認められた。ナトリウムを失ったアマルガムを熱い（２５５℃）セルから冷たい受容器に流し込んだ。アマルガム中のナトリウム濃度を滴定で調べたところ、ナトリウム濃度は０．４質量％から０．１４質量％に減少していた。
【実施例２】
【００４８】
装置実験に供された装置は実施例1と同じものであった。
実験実施例１の追試として6バッチの実験を行った。
【００４９】
実験ごとに２５５℃に加熱されているアノード室をあらかじめ約２００℃に加熱しておいたナトリウム濃度０．４質量％のアマルガム１５kgで満たした。反応の初期には、常に無電流の状態で０．８２Vのセル電圧を設定した。DCグリッド装置の出力電圧を常に２Vに制限し、電流回路をセルで閉じた。
【００５０】
電流値は２５Aに制御した。１２０分の運転の間中、反応の終期まで１．０V〜１．１Vのセル電圧で２５Aの一定の電流が測定された。この値は本製法を工業的に利用するには優れた値である。実験１バッチあたり平均４２．７gのナトリウムが排出された。測定精度の限界内で、この値はファラデーの法則に一致する。実施例１と同じ分析結果が得られた。アマルガム中のナトリウム濃度は、滴定の結果、０．４質量％から０．１１質量％に減少していた。
【実施例３】
【００５１】
装置（図３）
図３に示したセルには、その内部に、その一端を閉鎖したナトリウムβ''−アルミナの管（３１）（内径３２mm、長さ２１０mm、肉厚１．７mm）を配置した。開いている他の一端には、α−アルミナのリング（３２）をガラスはんだによりヘリウムに対する気密性を保つように接続した。このリング（３２）により、ナトリウムイオン伝導体であるナトリウムβ''−アルミナ管を、同心円状のステンレス鋼の容器（３３）（内径約３７mm、長さ約２１５mm）内に、開いている端面を下に向けて配置した。ステンレス鋼管の内径とセラミック間の外径とは、２．５ｍｍ幅の環状の隙間を形成するように調節した。環状の隙間と管の長さによって決まるアノードの室は、第一には装置の水銀量を比較的少ない量にしたいという工業上の概念の要請に従ったものである。第２には横断面を環状にすると、電流密度の点では大変有効となるアノード室内のたて方向のアマルガムの流れを作ることができるからである。装置を密閉するために、ハウジングフランジ（３６）とカバーフランジ（３７）の間に、α−アルミナ環（３２）の上部（３５）と下部（３４）を平坦なシール材でしっかりと保持し、３つあるいは４つのボルト（３８）で閉め込んだ。
【００５２】
アノードの電極リード（３９）はステンレス鋼の容器に取り付けた。アマルガムの導入用に容器の底部側面にパイプ片（４０）を溶接し、アマルガムの出口用に容器の上部側面にパイプ片(４１)を溶接した。カソードの電極リードであるステンレス鋼管（４3）をカバーフランジからナトリウムβ''−アルミナ管の開口部に突き出して配置した。同じ管(４３)をカバーフランジ内に通し、さらに融解ナトリウムの自由な流出用とした。装置をヒーティングテープ（４４）で巻き、さらに断熱するかあるいは保温槽中に多数の管とともに配置した。
【００５３】
アノードは、ナトリウムイオン伝導体である固体電解質管の外壁とステンレス鋼管の内壁との間の環状領域に満たしたナトリウムアマルガムを用いた。カソードは、ナトリウムイオン伝導体である固体電解質管の内部に満たした融解ナトリウムを用いた。生成したナトリウムは、反応圧力下で加熱されている出口パイプを通して一部にパラフィン油(２２)が入っているアルゴン充填容器中に排出させ、パラフィン油内で小球状に凝固させるようにした。
【００５４】
電気分解セルを以下の機構を持つ連続運転用に設計された装置中に組み込んだ（図４）。すなわち
−乾燥し、予熱したNa−過剰のアマルガムを連続的に供給する機構（５１）
−３１０℃〜３６０℃の範囲の加熱を可能とする加熱機構（５２）
−ＤＣ電源（５３）
−ポンプ（５５）により内部アマルガム循環流路（５４）を形成して、アノードでのアマルガムの流速を０.０２ｍ/ｓ〜０．８ｍ/ｓの範囲で連続的に制御できるようにした流速制御機構−融解ナトリウムの排出管（５６）
−Ｎａを失ったアマルガムを連続的に排出する機構（５７）
−排気ガス処理機構（５８）
−特にＨｇ飛散に関する安全管理機構（５９）
の各機構である。
【００５５】
実験市販のナトリウムβ''−アルミナ管を真空パックから取り出した後実験室の雰囲気下で１時間以内にすばやく配置した。その後セルの双方の室にアルゴンを流し、セルを密閉した。装置中へのセルの組み込みは２〜５日後に行った。装置を２０℃/ｈの加熱速度で３３０℃に加熱した。その後、一端を閉鎖したセラミック管内のカソード室を装置外にある融解ナトリウムの流入ラインを通じて満たし、セラミック管の外部のアノード室を同様に融解ナトリウムで満たした。３５分間を要して、電流を一端５Ａから４０Ａまで５Ａ毎に増やし、その後４時間４０Ａに保った。電流を増やした際の電圧は次に示したとおりであった。すなわち、０．０V/０．０A；０．０３V/５A；０．０５V/１０A；０．０８V/１５A；０．１０V/２０A；０．１３V/２５A；０．１６V/３０A；０.１８Ｖ/３５Ａ；０.２２Ｖ/４０Ａであった。4時間後、電圧/電流比を０.１８Ｖ/４０Ａに落とした。次にアマルガム循環流路に３９kgのアマルガムを導入した。アマルガム循環流路の内容物をポンプのスイッチを切った状態で３３０℃に加熱し、その後循環を開始した。運転にあたって、アノード室内にあったナトリウムを溢れ出させ、アマルガム自体に分散させた。
【００５６】
この最初の流入物を廃棄し、アマルガム循環流路をナトリウム濃度０．４質量％のアマルガムで満たし、３３０℃に加熱した。平均流速を０.３m/s（体積流量換算では０.２９m3/ｈ）に設定した。
【００５７】
無電流状態で、セル電圧を0．82Vに設定した。ＤＣグリッド装置の出力電圧を２Ｖに制限し、電流回路をセルで閉じた。３時間で、電流を０から40Ａに直線的に増やした。７.８kgのアマルガムを３０分ごとに循環流路から取り出し、新しいアマルガムと交換した。この操作の間中、セル電圧は、アマルガムを満たした直後は１.１V、排出前は１.１２Vの値にふらついた。アノードの表面積２００cm2における電流４０Aは電流密度２０００A/m2に相当する。この値は、この製法を工業的に利用するのに必要とされる値の２倍の値である。
【００５８】
ナトリウムは連続的に排出された。ナトリウムの排出量及びアマルガム中のナトリウムの消失量はファラデーの法則に一致する。実施例1と同じ分析結果が確認された。
【００５９】
［比較例２］
装置（図１）
図１に示したセルはGB1155927に開示されているものと同じであり、内部には、肉厚１．２mmであるカリウムβ''−アルミナの一端を閉鎖した管（１）（内径３２mm、長さ１００mm）を配置した。開いている他の一端には、α−アルミナのリング（２）をヘリウムに対する気密性が保たれるようにガラスはんだで接続した。このリングにより、カリウムイオン伝導体であるカリウムβ''−アルミナ管を、円柱状のステンレス鋼の容器（３）（内径約８０mm、長さ約１５０mm、オーステナイトのステンレス鋼１．４５７１製）内に、開いている端面を上に向けて配置し、密閉した。この目的のため、ハウジングフランジ（６）とカバーフランジ（７）の間に、α−アルミナの環の上部（５）と下部（４）を平坦なシール材でしっかりと保持し、３つのボルト（８）で閉め込んだ。
【００６０】
アノードの電極リード（９）はステンレス鋼の容器に取り付けた。アマルガムの導入用に容器の上部側面にパイプ片（１０）を溶接し、アマルガムの出口用に容器の底部側面にパイプ片(１１)を溶接した。カソードの電極リードであるステンレス鋼管（13）をカバーフランジからカリウムβ''−アルミナ管の開口部に突き出して配置した。同じ管(１３)をカバーフランジ内に通し、さらに融解カリウムの流出用として管の上部側面にドリルで穴を開けた。装置をヒーティングテープ（１４）で巻き、さらに断熱した(１５)。
【００６１】
アノードは、カリウムイオン伝導体である固体電解質管の外壁とハウジングの間に満たしたカリウムアマルガム（１６）を用いた。カソードは、カリウムイオン伝導体である固体電解質管の内部に満たした融解カリウム(１７)を用いた。生成した融解カリウムは、反応圧力下で加熱されている出口パイプを通して一部にパラフィン油(２２)が入っているアルゴン(２１)充填容器（２０）中に排出させ、パラフィン油（２２）内で小球(２３)状に凝固させることにした。カリウムの密度が低い（０.８６g/cm3）ため、カリウムの小球はちょうどパラフィン油の表面下に浮くこととなった。
【００６２】
実験方法市販のカリウムβ''−アルミナ管を真空パックから取り出した後、実験室の雰囲気下で１時間以内にすばやくセル中に設置した。設置の過程で、５０gのカリウム金属をセラミック管の中に詰め込んだ。その後、セルの双方の室にアルゴンを流し、セルを密閉した。アノード領域をカリウム濃度０．４質量％のアマルガム８kgで満たした。その後セルを２０℃/ｈの加熱速度で２５０℃まで加熱した。無電流状態で、セル電圧を１.０１Ｖに設定した。ＤＣグリッド装置の出力電圧を２.１Ｖに制限し、電流回路をセルで閉じた。１６５分間の実験の間を通して、０．４Ａ〜０.７Ａの電流が認められた。アノードの表面積１００cm2における電流０.７Aは電流密度７０A/m2に相当するが、この製法を工業的に利用するには不十分である値である。実験の間中、カリウムの排出は認められなかったが、これは生成したカリウムが完全にセラミック管及び排出管を満たすには不十分だったからである。測定精度の限界内で、アマルガム中のカリウム濃度の減少は検出できなかった。
【実施例４】
【００６３】
装置比較例２に示した実験装置の容器の底部に攪拌子（1８）（長さ４２mm、直径５mm）をさらに設置した（図２）。攪拌子を一般的な実験室の磁気攪拌機を用いて回転させた。アマルガムの密度が大変大きいことによる（密度13.0g/cm3）攪拌子の浮きを防ぐために実施例１と同じ部品を用いた。攪拌子の回転速度は最大１００回・分-1とした。
【００６４】
実験手順は、アノードの攪拌を除いて比較例２と同様であった。それに加えて、実験の始動時には、極性を逆、すなわちアマルガムが入っている外部の室をカソードにし、融解カリウムが入っているセラミックの内部の室をアノードとして運転した。２７分間を要して、電流を一端１Aから１０Aに１A毎に増やした。実験は比較例２に記載したのと同様に行った。９０分の実験時間を通じて、平均１０A（初期には１２A、反応の終期には９A）の電流に保った。セル電圧は最大２.１Vに制限した。電源を切ったあとで、１.０８Vのセル電圧が測定された。アノードの表面積１００cm2における電流１０Aは電流密度１０００A/m2に相当するが、この製法を工業的に利用するには十分な値である。実験の間中、融解カリウムが排出され、パラフィン油で満たされたアルゴン充満容器の中に滴り落ちていた。小球として凝固したカリウムをエタノールに溶かし、他の金属（Al，Bi，Ca，Cd，Co，Cr，Cu，Fe，Li，Mg，Mn，Mo，Na，Ni，Pb，Sb，Sn，Ti，V，Zn，Zr，Hg）を原子吸光分析で検出限界１ppm、Hgに関しては０．１ppm、の範囲まで分析した。金属不純物として、Hgが０．２ppm、Naが０．０２３％のみが認められた。
【００６５】
カリウムを失ったアマルガムを熱い（２５０℃）セルから冷たい受容器に流し込んだ。アマルガム中のカリウム濃度を滴定で調べたところ、カリウム濃度は０．４質量％から０．１１質量％に減少していた。
【実施例５】
【００６６】
装置実験に供された装置は実施例４と同じものであった。
実験実施例４の追試として6バッチの実験を行った。
【００６７】
実験ごとに２５０℃に加熱されているアノード室をあらかじめ約２００℃に加熱しておいたカリウム濃度０．４質量％のアマルガム８kgで満たした。反応の初期には、常に無電流の状態で１．０１Vのセル電圧を設定した。DCグリッド装置の出力電圧を常に２．２Vに制限し、電流回路をセルで閉じた。
【００６８】
電流値は１０Aに制御した。９０分の運転の間中、反応の終期まで２．０V〜２．１Vのセル電圧で１０Aの一定の電流が測定された。この値は本製法を工業的に利用するには優れた値である。実験１バッチあたり平均２１．７gのカリウムが排出された。測定精度の限界内で、この値はファラデーの法則に一致する。実施例４と同じ分析結果が得られた。アマルガム中のカリウム濃度は、滴定の結果、０．４質量％から０．１２質量％に減少していた。
【実施例６】
【００６９】
装置（図３）
図３に示したセルには、その内部に、その一端を閉鎖したカリウムβ''−アルミナの管（３１）（内径３２mm、長さ１００mm、肉厚１．２mm）を配置した。開いている他の一端には、α−アルミナのリング（３２）をガラスはんだによりヘリウムに対する気密性を保つように接続した。このリング（３２）により、カリウムイオン伝導体であるカリウムβ''−アルミナ管を、同心円状のステンレス鋼の容器（３３）（内径約３７mm、長さ約１０５mm）内に、開いている端面を下に向けて配置した。ステンレス鋼管の内径とセラミック間の外径とは、２．５ｍｍ幅の環状の隙間を形成するように調節した。環状の隙間と管の長さによって決まるアノードの室は、第一には装置の水銀量を比較的少ない量にしたいという工業上の概念の要請に従ったものである。第２には横断面を環状にすると、電流密度の点では大変有効となるアノード室内のたて方向のアマルガムの流れを作ることができるからである。装置を密閉するために、ハウジングフランジ（３６）とカバーフランジ（３７）の間に、α−アルミナ環（３２）の上部（３５）と下部（３４）を平坦なシール材でしっかり保持し、３つあるいは４つのボルト（３８）で閉め込んだ。
【００７０】
アノードの電極リード（３９）はステンレス鋼の容器に取り付けた。アマルガムの導入用に容器の底部側面にパイプ片（４０）を溶接し、アマルガムの出口用に容器の上部側面にパイプ片(４１)を溶接した。カソードの電極リードであるステンレス鋼管（４3）をカバーフランジからカリウムβ''−アルミナ管の開口部に突き出して配置した。同じ管(４３)をカバーフランジ内に通し、さらに融解カリウムの自由な流出用とした。装置をヒーティングテープ（４４）で巻き、さらに断熱するかあるいは保温槽中に多数の管とともに配置した。
【００７１】
アノードは、カリウムイオン伝導体である固体電解質管の外壁とステンレス鋼管の内壁との間の環状領域に満たしたカリウムアマルガムを用いた。カソードは、カリウムイオン伝導体である固体電解質管の内部に満たした融解カリウムを用いた。生成したカリウムは、反応圧力下で加熱されている出口パイプを通して一部にパラフィン油(２２)が入っているアルゴン充填容器中に排出させ、パラフィン油内で小球状に凝固させるようにした。
【００７２】
電気分解セルを以下の機構を持つ連続運転用に設計された装置中に組み込んだ(図４)。すなわち
−乾燥し、予熱したK−過剰のアマルガムを連続的に供給する機構（５１）
−２６５℃〜４００℃の範囲の加熱を可能とする加熱機構（５２）
−ＤＣ電源（５３）
−ポンプ（５５）により内部アマルガム循環流路（５４）を形成して、アノードでのアマルガムの流速を０.０２ｍ/ｓ〜０．８ｍ/ｓの範囲で連続的に制御できるようにした流速制御機構−融解カリウムの排出管（５６）
−Kを失ったアマルガムを連続的に排出する機構（５７）
−排気ガス処理機構（５８）
−特にＨｇ飛散に関する安全管理機構（５９）
の各機構である。
【００７３】
実験市販のカリウムβ''−アルミナ管を真空パックから取り出した後実験室の雰囲気下で１時間以内にすばやく配置した。その後セルの双方の室にアルゴンを流し、セルを密閉した。装置中へのセルの組み込みは２〜５日後に行った。装置を２０℃/ｈの加熱速度で２７０℃に加熱した。その後、一端を閉じたセラミック管内のカソード室を装置外にある融解カリウムの流入ラインを通してみたし、セラミック管の外部のアノード室を同様に融解カリウムで満たした。４０分間を要して電流を一端４Ａから２０Ａまで４Ａ毎に増やし、その後４時間２０Ａに保った。電流を増やした際の電圧は次に示したとおりであった。すなわち、０．０V/０．０A；０．０４V/４A；０．８１V/８A；１．２３V/１２A；１．６２V/１６A；２．１３V/２０Aであった。4時間後、電圧/電流比を１．９９Ｖ/２０Ａに落とした。次にアマルガム循環流路に２６kgのアマルガムを導入した。アマルガム循環流路の内容物をポンプのスイッチを切った状態で２７０℃に加熱し、その後循環を開始した。運転にあたって、アノード室内にあったカリウムを溢れ出させ、アマルガム自体に分散させた。
【００７４】
この最初の流入物を廃棄し、アマルガム循環流路をカリウム濃度０．４質量％のアマルガムで満たし、２７０℃に加熱した。平均流速を０.４m/s（体積流量換算では０．３９m3/ｈ）に設定した。
【００７５】
無電流状態で、セル電圧を１．０１Vに設定した。ＤＣグリッド装置の出力電圧を２．２Ｖに制限し、電流回路をセルで閉じた。３時間で、電流を０から１０Ａに直線的に増やした。８．５kgのアマルガムを６０分ごとに循環流路から取り出し、新しいアマルガムと交換した。この操作の間中、セル電圧は、アマルガムを満たした直後は２．０V、排出前は２.１２Vの値にふらついた。アノードの表面積１００cm2における電流１０Aは電流密度１０００A/m2に相当する。この値は、この製法を工業的に利用するのに必要とされる値を越える値である。
【００７６】
カリウムは連続的に排出された。カリウムの排出量及びアマルガム中のカリウムの消失量はファラデーの法則に一致する。実施例４と同じ分析結果が確認された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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